JPH04190456A - Ｌｓｉにおける消費電力算出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＬＳＩにおける消費電力算出装置、特に、ＬＳ
Ｉのマスクパターンに基づいて、所定の測定対象に関す
る消費電力を自動的に算出する装置に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩの設計において、このＬＳＩを構成する各回路の
消費電力を考慮することは非常に重要である。回路が高
速化、大規模化、微細化するにつれて、配線交差の増加
や酸化膜厚の減少により、配線寄生容量が増大する。ま
た、大規模化により、過渡時の貫通電流も増大する。こ
れにより、ピーク電流や平均消費電流が増大することに
なり、電源電圧の降下や、素子の発熱量の増大という現
象が生じる。したがって、各回路における消費電力を十
分に考慮した設計を行っておかないと、ＬＳＩの誤動作
を引き起こす要因となる。

また、近年では、低電源電圧のＬＳＩや、Ｂ１−ＣＭＯ
Ｓを用いたＬＳＩか増加する傾向にあり、これらのＬＳ
Ｉを設計するにあたっては、これまで以上にノイズマー
ジンの軽減が求められており、上述の消費電力の考慮か
より重大な課題となってきている。

〔発明が解決しようとする課題〕

消費電力の考慮は、設計を行ったセルごとにシミュレー
ションを行い、そのセルにおける消費電力を算出すると
いう手法により、行うことができる。しかしながら、セ
ルを設計するごとに、人手に頼って消費電力に関するシ
ミュレーションを行うことは、設計期間か比較的制限さ
れおり、設計規模も非常に膨大なものであるという現状
から考えると、事実上不可能である。また、このような
手作業によって得られた消費電力に関する情報は、デー
タとして残すことかできないため、後の設計で有効に利
用できる設計資産を構築することかできないという問題
もある。

そこで本発明は、設計されたＬＳＩについての消費電力
を自動的に算出することかでき、これをデータの形で設
計資産として残すことのできるＬＳＩにおける消費電力
算出装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はＬＳＩにおける消費電力算出装置において、 ＬＳＩのマスクパターンから、回路内の接続関係を示す
回路接続情報と、回路の各構成要素のサイズに関連して
定まる回路特性情報と、を抽出する回路接続特性情報抽
出装置と、 回路の各構成要素の電気的特性を決定する回路パラメー
タ情報を入力し、この回路パラメータ情報と回路接続情
報および回路特性情報とに基づいて、回路シミュレーシ
ョンに必要な回路シミュレーション入力情報を作成する
回路シミュレーション入力情報作成装置と、 回路シミュレーション入力情報に基づいて、回路シミュ
レーションを行い、その結果を回路シミュレーション出
力情報として出力する回路シミュレータ装置と、 回路シミュレーション出力情報に基づいて、ＬＳＩ内の
測定対象に関する消費電力を演算する消費電力演算装置
と、 を設けたものである。

〔作　用〕

本発明による消費電力算出装置によれば、設計したＬＳ
Ｉのマスクパターンから、回路接続情報と回路特性情報
とが自動的に抽出される。回路シミュレータは、これら
の情報と、回路パラメータ情報とに基づいて、回路シミ
ュレーションを自動的に打う。消費電力演算装置は、こ
の回路シミュレータの出力に基づいて、自動的に消費電
力の演算を行う。こうして、設計されたＬＳＩについて
の消費電力を自動的に算出することができ、また、これ
をデータの形で設計資産として残すことができるように
なる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。第
１図は本発明の一実施例に係る消費電力算出装置の基本
構成を示すブロック図である。この装置は、設計された
ＬＳＩのマスクパターンＰに基づいて、このＬＳＩを構
成する各セルについての消費電力を自動的に算出する機
能を有する。

この装置の主たる構成要素は、マスクパターンＰから、
回路接続情報Ａと回路特性情報Ｂとを抽出する回路接続
特性情報抽出装置１と、これら各情報Ａ、Ｂと、回路パ
ラメータ情報Ｃを入力し、回路シミュレーションに必要
な回路シミュレーション入力情報りを作成する回路シミ
ュレーション入力情報作成装置２と、この回路シミュレ
ーション入力情報りに基づいて、回路シミュレーション
を行い、その結果を回路シミュレーション出力情報Ｅと
して出力する回路シミュレータ装置３と、この回路シミ
ュレーション出力情報Ｅに基づいて消費電力を演算して
消費電力情報Ｆとして出力する消費電力演算装置４と、
である。これらの各構成要素には、デイスプレィ装置５
と入力装置６が接続されている。また、消費電力演算装
置４には、消費電力情報Ｆを出力するために、プリンタ
７、磁気ディスク８、磁気テープ９が接続されている。

以下、これらの各構成要素を、その動作を説明しながら
詳述する。

この実施例の装置は、ＬＳＩを構成する単位セルごとの
消費電力を算出する機能を有する。したがって設計者は
、まず、消費電力を算出する対象トする単位セルについ
てのマスクパターンＰを用意し、これを回路接続特性情
報抽出装置１に与える。回路接続特性情報抽出装置１は
、このマスクパターンＰに基づいて、回路接続情報Ａと
回路特性情報Ｂとを抽出する。ここで、回路接続情報Ａ
は回路内の接続関係を示す情報であり、回路特性情報Ｂ
は回路の各構成要素のサイズに関連して定まる情報であ
る。マスクパターンＰは、図形データとして用意されて
いるので、回路接続特性情報抽出装置１は、この図形の
パターンから回路接続情報Ａと回路特性情報Ｂとを抽８
する。たとえば、第２図（ａ）に示すように、拡散層と
ポリシリコン層とに対応する２つの図形パターンが与え
られた場合に回路接続情報Ａを抽出するには、まず、図
形パターン同士の論理演算によって素子を認識する作業
を行う。すなわち、両者の図形演算の論理積をとった領
域をゲート、その両側の拡散層領域をソースおよびドレ
インと認識することにより、これをＭＯＳ）ランジスタ
と認識することができる。これに位相演算を施すことに
より、第２図（ｂ）に示すような回路接続情報Ａか得ら
れる。同様に、第３図（ａ）に示すように、配線層Ａ、
Ｂに対応する図形パターンと、これに重なる配線層Ｃに
対応する図形パターンと、コンタクトに対応する図形パ
ターンと、が与えられた場合、第３図（ｂ）に示すよう
な回路接続情報Ａが得られる。−方、回路特性情報Ｂは
、各構成要素のサイズに関連して定まる情報であり、各
素子のサイズや、配線についての寄生容量などの情報と
なる。たとえば、第４図（ａ）に示すような図形パター
ンが与えられた場合、これらの図形のサイズか抽出され
るとともに、端点Ｘから端点Ｙまての配線についての寄
生容量ＣＸＹが抽出される。すなわち、第４図（ｂ）に
示すように、寄生容量ＣＸＹは、配線層の面積Ｓに単位
面積あたりの容量Ｃｏを乗じて得られる。なお、以上の
ような回路接続情報Ａおよび回路特性情報Ｂの抽出方法
は公知であるため、具体的な手法についての詳細な説明
は本明細書では省略する。

こうして、回路接続特性情報抽出装置１によって抽出さ
れた回路接続情報Ａおよび回路特性情報Ｂは、回路シミ
ュレーション入力情報作成装置２に与えられる。このと
き、オペレータは入力装置６から、回路パラメータ情報
Ｃの入力を行う。この回路パラメータ情報Ｃは、回路の
各構成要素の電気的特性を決定する情報であり、具体的
には、酸化膜の厚み、拡散層における不純物濃度値、な
どの数値である。本実施例の装置では、入力装置６とし
てキーボードを用いており、オペレータは、このキーボ
ードから実際にこのＬＳＩを製造するときのプロセス値
を、回路パラメータ情報Ｃとして入力する。こうして、
回路シミュレーション入力情報作成装置２には、回路シ
ミュレーションを行うために必要な、回路接続情報Ａ１
回路特性情報Ｂ１回路パラメータ情報Ｃ１の各情報が与
えられることになる。回路シミュレーション入力情報作
成装置２は、これらの情報に基づいて、回路シミュレー
タ装置３に与えるための回路シミュレーション入力情報
りを作成する機能を有する。本実施例の装置では、回路
シミュレータ装置３として５ＰＩＣＥ（米国カリフォル
ニア大学で開発された回路シミュレータ）を用いている
ので、回路シミュレーション入力情報作成装置２では、
この５ＰＩＣＥのフォーマットで記述された回路シミュ
レーション入力情報が作成される。なお、一般に、測定
対象となる回路についての消費電力は、その後段に接続
される負荷回路によって異なる。

そこで、本実施例の装置では、回路シミュレーション入
力情報作成装置２において、ｎとおりの負荷回路を用意
しておき、第５図に示すように、＃１定対象となる回路
１０の後段に、ｎとおりの負荷回路１１〜１ｎを接続し
た状態の回路シミュレーション入力情報を作成するよう
にしている。

こうして作成された回路シミュレーション入力情報りは
、回路シミュレータ装置３に与えられる。

前述のように、本実施例の゛装置では、回路シミュレー
タ装置３として５ＰＩＣＥを用い、回路シミュレーショ
ン入力情報りはこの５ＰＩＣＥのフォーマットで記述さ
れたものとなっている。このため、回路シミュレータ装
Ｗ３はこの入力情報りに基づいて直ちに回路シミュレー
ションを行うことができる。この実施例では、第５図に
示すようなｎとおりの負荷回路を接続した状態でのｎと
おりの回路シミュレーションか行われることになる。

ここで行われる回路シミュレーションは、第６図に示す
ように、測定対象となる回路１０にｉ番目の負荷回路１
１を接続した状態で、所定の入力信号Ｉを与えたときに
、測定対象となる回路１０内にどのような電流か流れる
かを予測するシミュレーションである。たとえば、第７
図に示すように、測定対象となる回路１０としてインバ
ータ（図ではＭＯ５Ｉ−ランジスタ回路の組み合わせて
示す）を、負荷回路１１として、寄生容量値Ｃｉをもっ
た２段のインバータ（図′ては回路記号で示す）から構
成される回路を、それぞれ用いた単純なモデルについて
の回路シミュレーションを考える。シミュレーションの
目的は、回路１０内に流れる電流を予測することである
ので、電流計２０を、たとえば図に示すように、回路１
０と電源電圧ＶＤＤとの間に挿入する。もちろん、この
ような電流計を挿入した状態でのシミュレーションを行
うわけである。別言すれば、オペレータは、回路シミュ
レータ装置３に対して、キーボードなどから電流計２０
をこの位置に挿入した状態でのシミュレーションを行う
旨の指示を与える。これにより、回路シミュレータ装置
３は、回路１０に入力信号Ｉを与えたときに、電流計２
０にどのような電流が流れるかを予測する。たとえば、
第８図に示すように立ち上がる入力信号■を与えるよう
指示すれば、回路シミュレータ装置３は、たとえば、第
９図に示すような電流計２０に流れる電流波形を、回路
シミュレーション出力情報Ｅとして出力する。

この実施例の場合、ｎとおりの負荷回路を接続した場合
のそれぞれについて、異なる出力情報Ｅが出力されるこ
とになる。

消費電力演算装置４は、このような回路シミュレーショ
ン出力情報Ｅに基づいて、消費電力の演算を行う装置で
ある。この実施例では、消費電力演算装置４は、消費電
力、平均消費電流、ピーク電流、という３つの要素を、
第９図に示すような出力情報Ｅに基づいて演算し、これ
を消費電力情報Ｆとして出力する機能を有する。各演算
は、次のようにして行われる。

（１）　　消費電力 第９図に示すグラフに基づき、消費電力Ｐは以下の式で
演算される。

Ｐ−（Σ　ｌ　ｉ　　（ｔ）　　ｌ・Ｖ　ＤＤ）　　Δ
Ｔ／Ｔここで、ｖＤＤはこの回路の電源電圧、Ｔは測定
に要した時間である。ＣＭＯ３において電流が流れるの
は、時刻Ｔに至るまでの過渡期間のみであるため、この
過渡期間について起こった事象について演算を行ってい
る。

（２）　　平均消費電流 第９図に示すグラフに基づき、平均消費電流ｌは以下の
式で演算される。

ｉ−ΔＴ／Ｔ　　・　Σ　ｌ　ｉ　　（ｔ）　　ｌここ
で、ΔＴは、回路シミュレータ装置３における時間の刻
み幅であり、Ｔは前述したように、測定に要した時間で
ある。

（３）　　　ピーク電流 絶対値１ｉ（ｔ）ｌの最大値を、第９図に示すグラフか
ら求め、ピーク電流１１ＩＩａｘとする。

以上は、第８図に示すように立ち上がる入力信号Ｉを与
えた場合の結果であるか、同様に、立ち下がる入力信号
Ｉを与えた場合の結果も求める。

そして、インバータ１０における消費電力は、両者の結
果を加えることによって得られる。

こうして、ｎとおりの負荷回路を接続した場合のそれぞ
れについての消費電力を求めることができる。その結果
は、デイスプレィ装置５に表示されるとともに、プリン
タフにも消費電力情報Ｆとして出力される。この消費電
力情報Ｆは、表またはグラフの形式で出力するようにす
るのが好ましい。また、この消費電力情報Ｆは、磁気デ
ィスク８あるいは磁気テープ９として保存することかで
き、以前に行った設計情報をデータの形で設計資産とし
て残すことができ、将来の設計に生かすことが可能にな
る。

以上、本発明を図示する一実施例に基づいて説明したが
、本発明はこの実施例のみに限定されるものではなく、
この他にも種々の態様で実施可能である。たとえば、第
１図に示す４つのブロック１〜４は、単一のコンピュー
タによって実現することも可能であるし、複数のコンピ
ュータにより別々の装置として実現することも可能であ
る。また、上述の実施例では、回路シミュレータ装置３
として５ＰＩＣＥを用いた例を示したか、この他どのよ
う、な回路シミュレータ装置を用いてもかまわない。要
するに、本発明では、回路シミュレーション入力情報作
成装Ｗ２によって、回路シミュレータ装置３のフォーマ
ットに適したロ路シミュレーンヨン入力情報りを作成す
るようにすればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明による消費電力算出装置によれば
、設計したＬＳＩのマスクパターンから、回路接続情報
と回路特性情報とを自動抽出し、これらの情報と回路パ
ラメータ情報とに基づいて、回路シミュレータに回路シ
ミュレーションを自動的に行わせ、その結果から自動的
に消費電力の演算を行うようにしたため、設計されたＬ
ＳＩについての消費電力を自動的に算出することができ
、これをデータの形で設計資産として残すことができる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る消費電力算出装置の基
本構成を示すブロック図、第２図および第３図は第１図
に示す装置における回路接続情報Ａの抽出作業を説明す
る図、第４図は第１図に示す装置における回路特性情報
Ｂの抽出作業を説明する図、第５図は第１図に示す装置
によって作成される回路シミュレーション入力情報りの
一例を示す図、第６図は第５図に示す情報りに対して行
われる回路シミュレーションの原理を示す図、第７図は
第１図に示す装置の処理対象となる回路の一例を示す図
、第８図は第７図に示す回路に対する回路シミュレーシ
ョンにおいて用いられる入力信号を示す図、第９図は第
７図に示す回路についての回路シミュレーションの結果
の一例を示す図である。 １・・・回路接続特性情報抽出装置、２・・・回路シミ
ュレーション入力情報作成装置、３・・・回路シミュレ
ータ装置、４・・・消費電力演算装置、５・・・デイス
プレィ装置、６・・・入力装置、７・・・プリンタ、８
・・・磁気ディスク、９・・・磁気テープ、１０・・・
測定対象となる回路、１１〜１ｎ・・・負荷回路。 特許出願人　大日本印刷株式会社 出願人代理人　　弁理士　志　村　　浩第１図 （ａ）　　　　　　　　　　（ｂ） 口拡散層 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第
３図 （ａ）　　　　　　　　　　　（ｂ） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＬＳＩのマスクパターンから、回路内の接続関係を示す
   回路接続情報と、回路の各構成要素のサイズに関連して
   定まる回路特性情報と、を抽出する回路接続特性情報抽
   出装置と、 回路の各構成要素の電気的特性を決定する回路パラメー
   タ情報を入力し、この回路パラメータ情報と前記回路接
   続情報および前記回路特性情報とに基づいて、回路シミ
   ュレーションに必要な回路シミュレーション入力情報を
   作成する回路シミュレーション入力情報作成装置と、 前記回路シミュレーション入力情報に基づいて、回路シ
   ミュレーションを行い、その結果を回路シミュレーショ
   ン出力情報として出力する回路シミュレータ装置と、 前記回路シミュレーション出力情報に基づいて、前記Ｌ
   ＳＩ内の測定対象に関する消費電力を演算する消費電力
   演算装置と、 を備えることを特徴とするＬＳＩにおける消費電力算出
   装置。